再谈气动行业内电缸的发展

作者：费斯托（中国）有限公司总经理

                                      -------王雄耀先生

大约3年前，我写过一篇“电缸在气动行业内悄然兴起”，从部分国外气动行业内厂商己悄然发展电缸，来探讨我国气动行业也应注意这一发展动向。至今，形势己更加明朗，虽然气驱动还在继续发展，但电驱动则以更快的速度发展着，并且已有越来越多的气动厂商参与到对电驱动的开发中来。

气驱动与电驱动的优势

电气驱动技术早在1860年开始使用，而100年后气驱动才开始其应用。有趣的是，直至今天，我们仍在对这两种驱动技术进行比较。显然，它们确实各有优劣势。

比较这两种技术，主要是比较其技术特性与成本因素。在驱动控制技术中，有开环控制与闭环控制两种型式。常见的纯粹气驱动主要用于开环控制系统，且多数都设终点为控制点位置。用于闭环控制的气动控制称为气动伺服控制，其控制精度不高（最高精度为0.2mm）。而电驱动同样可分有开环控制与闭环控制，电驱动中的开环控制可设多个位置的控制点，显然比气动开环控制性能优越得多；而用于闭环控制的电驱动，其最高精度为0.02mm，在自动化闭环控制技术中，应用极频繁。除控制方式和精度的差别外，二者可比较的因素还有很多。例如，气驱动的力过载并不损坏驱动器，而电驱动轴受额定力限制，过载时会产生大量热能，烧毁电机，为了防止过热，需增加散热装置（如水冷、风冷或压缩空气冷却）。另外，二者的成本因素也存在较大差距。图为闭环控制中气驱动与电驱动的成本分析（驱动系统中各元件组成成本分析）。

从图表中可看出，成本分析将涉及许多配套部件、传感器、控制器、专用电缆及供能等诸多因素。尽管，伺服气动在闭环控制系统中成本最低，但伺服气动应用情况并不多。而电伺服闭环控制，虽然成本高于伺服气动，但在大多数有精度要求的控制中，还是采用电驱动的居多。需要说明的是，直至今天，开环控制的气驱动凭借价格优势，仍是应用范围最广的控制方式。事实上，每种控制方式都有其合适的应用领城，只是气动厂商为了提供全新的自动化解决方案，将两种技术结合起来，扬长避短，使两种控制技术相得益彰。

气驱动的优势还是成本与创新

众周所知，气驱动操作方便、成本低廉，而且气驱动器非常坚固耐用。尽管压缩空气成本不菲，但比起电驱动的成本还是低了许多。未来气驱动的发展仍要保持这方面的优势，在保证性能的基础上降低成本。例如，德国FESTO公司在相当成熟的ISO 15552气缸标准上，通过优化缸筒外形、减少型材的壁厚材料、改进活塞结构和选用新材料的导向衬套等一系列措施，使气缸成本再降20%，表明气驱动正朝着更低的成本方向发展。与此同时，还要细分市场，根据不同应用需求，采取量身定做的方式，使气缸成本处于最经济状态。气驱动的另一方向是开发模块化的带导向装置的产品，继续完善抓取和放置的模块化系统。

图1 驱动系统中各元件组成成本分析

现代工业发展需要电驱动

电驱动器的特点是精确和灵活。在作用力快速增大且需要精确定位的应用中，电驱动器是理想解决方案。不仅如此，在某些场合，如车间内没有气源、仅需少数几根轴的运动且运行频率又低的状况下，采用电驱动既方便又节能。同时，电驱动结构紧凑；有宽广的规格和种类；既可采用开环控制，也可采用闭环控制；尤其随着电子行业的持续创新和高速发展，电驱动器的价格不断下降，这些无疑都证明了电驱动在自动化领域中有着极强的生命力。诚然，电驱动需满足自动化行业的基本需求和现代工业背景下的特殊要求。在满足工业自动化基本需求方面，其力求简单、紧凑和轻便的设计，快速安装，运行精确，较低的维护费用和较长的保养周期，能快速便捷的购买到易损件的替代品，另外，简单编程己变得越来越重要，这也是自动化用户的一致要求。电驱动需要满足很多特殊要求。首先是采用模块化的电驱动结构，用户在流水线上添置或改变某些功能驱动模块单元，便可达到不同产品或尺寸上的需求，缩短产品上市时间，快速响应市场对小批量产品的需求。

目前电驱动应用非常广泛，ABS气囊的生产、电子元件和精密机械的装配、手机的液晶显示装配线（连接、挤压、传送、定位）、IC领域的测试设备（HP 8300芯片测试设备）、高科技电子元件的自动存储送料（如电脑硬盘的储存及运送）、轿车灯座的生产（送料、装配、最后检验）、有精度要求的抓取与装配（定位、电子元件装配、轻型装配、测试和质量控制、装入货盘）、包装领域（药片的气泡膜包装）及材料抓取和存储（板材的运送、自动堆叠设备）中均有电驱动的身影。

气缸与电缸的模块化

根据对德国FESTO公司气缸与电缸模块化产品的研究，它们的产品己经走在行业前面。这里所指的是气驱动与电驱动己形成模块化框架结构（FESTO称模块化机械手系统）。模块化产品的前提就是联接界面标准化。FESTO公司的气缸与电缸模块化，从设计、制造、包括选用缸筒型材和转接板等，一应都作了全方位考虑。例如，在标准化的采纳上，有杆气缸己有ISO15552国际标准（有与外部连接尺寸的规定数值），FESTO公司新开发的有杆电缸，则也采用ISO15552标准，与公司原产有杆气缸保持一致。对于无杆气缸，由于还未形成ISO国际标准，因此FESTO公司的无杆电缸便直接参照其无杆气缸连接尺寸来设计生产。

因此，在气缸与电缸的互换上，基本己扫清障碍。更值得一提的是，电杆的外壳型材采用与气缸相同型材及转接板，不仅坚持了原气驱动的模块化搭建系统，还扩展了气驱动或电驱动之间的互换、增添或搭建，率先奠定了气驱动与电驱动模块化的框架结构。显而易见，选择气驱动或电驱动的依据是：负载、加速度、定位的位置数和精度等应用需求，选择哪一类系统，将根据行程、空间位置和负载等因素来决定。另外，还要强调的是，如今气动厂商提供纯电动产品及系统已不足为奇。

气驱动和电驱动混搭往往是最佳方案

由气动行业的厂商开发电驱动对现代驱动意义非凡。我们知道，多数第一步的自动化设计是搭建驱动平台，搭建什么样的驱动平台，是气缸？油缸？还是电缸？是齿形带式电缸（带导轨或不带导轨）？还是丝杆形电缸（带导轨或不带导轨）？用步进电机控制？还是用伺服电机控制？这将根据工况条件和需要, 如温度、环境状况、负载惯性矩、工作轨迹、定位位置的数量、定位精度、循环周期、速率、加速度、垂直或水平、同步问题及使用寿命等诸多因素来制定。在驱动技术领域，气动技术并不是总能符合各类驱动要求。而气动厂商提供气驱动或电驱动产品，表明这两种驱动技术在应用中不仅不存在推斥，而且已经形成非常有效的互补。有利于自动化方案选择上的自然性、客观性及必然性。一条流水线上有气驱动和电驱动互搭的情况再正常不过，而且这往往是最佳方案。

综上所述，气动厂商要开发电驱动产品，应使电驱动有一个与气驱动互换联接界面的模块化框架结构，为机电一体化开创一个全新时代。